Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hochleistungs-Lateral Flow Assays durch zentrifugalmikrofluidische Automatisierung

In Operationssälen und Intensivstationen sind Ärzte auf eine schnelle und zuverlässige Diagnostik angewiesen, um den Zustand von kritischen Patienten zu überwachen. Im Falle von Entzündungsreaktionen ist das Überwachen von Biomarkern wie C-reaktivem Protein (CRP), Interleukin-6 (IL-6) oder Procalcitonin (PCT) unerlässlich. Eine schnelle und kostengünstige Methode diese Parameter zu bestimmen sind Lateral Flow Assays (LFAs). Diese können heute noch nicht die analytische Qualität liefern, die im Zentrallabor erreicht wird und nicht den ganzen physiologisch und pathologisch relevanten Bereich abdecken.

Das Ziel dieses Vorhabens ist es, die Leistungsfähigkeit von LFA hinsichtlich ihrer Quantifizierbarkeit, Sensitivität, dem dynamischen Bereich und ihrer Multiplexfähigkeit zu verbessern. Hierzu wird ein flexibles membran-basiertes Assaydesign erarbeitet, welches in einen zentrifugalmikrofluidischen Chip integriert und in einem zugehörigen Gerät betrieben wird. Durch die Vorteile der Durchführung von LFAs in einem zentrifugalmikrofluidischen System (Volumenstromkontrolle durch den Teststreifen; genaues Abmessen des Probenvolumens, welches auf den Teststreifen gelangt; Integration von Probenvorbereitung; die Möglichkeit mehrere Teststreifen parallel zu betreiben) sollen wichtige Schritte für die Entwicklung eines flexiblen Schnelltestsystems für IL-6, CRP und PCT gemacht werden, die eine Analyse dieser Parameter in Zentrallaborqualität zulassen. Gleichzeitig soll diese Plattform so aufgebaut sein, dass sie für andere Anwendungsbereiche wie in der Onkologie oder Kardiologie eingesetzt werden kann.

Das beantragte Forschungsvorhaben „CentrImA“ ist besonders relevant für KMU. Für die Hersteller von Mikrodosiersystemen, mikrofluidischen Chips und Analysegeräten bietet sich ein neuer Markt - Point-of-care Immunoassays, welche Ergebnisse mit Zentrallaborqualität liefern. LFA Hersteller können diese Technologie nutzen, um ihr Produktportfolio um Hochleistungs-LFAs zu erweitern.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens 20436 N (CentrImA) war die Entwicklung eines hochleistungsfähigen Lateral Flow Tests mit Hilfe der zentrifugal-mikrofluidischen LabDisk-Plattform.

Im Laufe des Forschungsvorhabens, sollten Assays für die drei Entzündungsmarker Interleukin-6 (IL-6), Procalcitonin (PCT) und C-reaktives Protein (CRP) im Dipstick-Format entwickelt werden und anschließend in die LabDisk integriert werden. Dabei wurden außerdem die Möglichkeit zum Multiplexing auf einem Teststreifen und eine dynamische Messung zu verschiedenen Zeitpunkten der Laufzeit des Assays untersucht. Im Fokus stand die Entwicklung eines IL-6 Assays mit herausragender Sensitivität (2 pg/mL), dessen Leistungsfähigkeit auch an Hand von Realproben getestet wurde. Alle Assays sollten final in einer gesamtintegrierten Disk mit automatisierter Probenvorbereitung für alle 3 Assays kombiniert werden.

Es konnte gezeigt werden, dass die Integration von Lateral Flow Membranen in die LabDisk die Leistungsfähigkeit deutlich steigern können. Daher können derartige Tests in Anwendungsgebiete in der POC-Diagnostik, in denen klassische Formate eine nicht ausreichende Qualität liefern, zum Einsatz kommen. Darüber hinaus wurden Systeme und Workflows etabliert, die die zentrifugale Mikrofluidik im Allgemeinen und die Integration von Lateral Flow Membranen in zentrifugal-mikrofluidische Kartuschen im Speziellen erweitern.

Es wurde außerdem eine neuartige Methode zur viskositätsunabhängigen Volumenstromkontrolle durch einen Kanal beschrieben. Diese Methode kann bei Probenmatrizes wie Speichel oder Synovialflüssigkeit, welche eine sehr heterogene Viskosität aufweisen zu einer deutlichen Verbesserung der Vergleichbarkeit von Testergebnissen führen.